CN102325159B - 一种虚拟实验平台离线应用交互系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种虚拟实验平台离线应用交互系统，其特征在于，该系统包括设置在客户端的离线应用插件和数据交换层插件，设置在服务器端的离线应用缓存，设置在本地端的SQLite本地资源数据库和离线应用插件接口，离线应用插件接口包括本地资源访问接口和资源下载接口。是个发明针对的是在网络短时间断开和网络抖动的情况，在这种情况超过离线计时器的初值时，提示用户网络断开，告知用户选择可选操作，如保存实验、退出实验等。本发明可以让用户在虚拟实验平台上进行实验时，如果遇到短暂的网络断开或者网络不稳定的情况，仍然能够正常运行，显示正确的实验结果，让用户能够更加稳定和通顺地进行实验。

Description

一种虚拟实验平台离线应用交互系统

技术领域

本发明属于计算机应用领域，为B/S模式的系统，针对虚拟实验平台，主要实现了一种在平台上运行离线应用交互系统，让网络状况对于用户来说是透明的，即用户在做虚拟实验的过程中感受不到网络的变化。

背景技术

在现代社会中，我们的学习和生活在很大程度上依赖互联网，我们通过网络来获得需要的信息。对于网络获取信息来说，重要的一点就是需要用户实时在线，以便用户能够准确及时地和服务器交互。

下面介绍一下虚拟实验平台的总体结构，虚拟实验平台分为三个部分，分别是客户端、服务器端、平台数据库。我们开发出的实验作为客户端插件直接进行加载，它包括私有交互接口和数据交换公共接口，私有交互接口提供私有数据存储服务，数据交换公共接口提供计算通信服务和存储通信服务；服务器端主要负责请求解析、任务调度和通信管理，其中，通信管理包括仿真计算控制和实验数据处理两个模块；私有数据存储服务和存储通信服务通过平台数据库的标准数据存取访问接口进行数据的访问；离线应用位于客户端应用插件端、服务器端和本地，通过在本地开辟存储区域来保证用户在断网的情况下系统正常工作。

虚拟实验教学平台要求在不稳定的网络环境当中依然能够工作，因此要求系统有良好的离线功能。

所谓离线，指的是用户能够在没有网络的情况下仍然可以进行工作，并且当网络环境恢复后，用户之前进行的操作能够自动地同步到服务器上。目前，离线应用可以分为两种，一种是桌面应用，包括以Adobe AIR框架来进行封装的和IBM Lotus Notes等，它主要突出的是本地数据和网络数据的交互，目前比较流行的应用包括Twhirl、ReadAir等；另一种则是近年来比较热门的Web离线应用，它的主要目的是使Web程序让用户对网络透明，用户在各项网络资源在用户不知道的情况下体验离线如在线的感觉。其中最具代表的为基于Google Gears的离线应用，主要应用有Google Docs、Gmail、Google Reader等。

下面分别介绍两种离线应用的原理。桌面应用以Adobe AIR框架为例，AIR离线程序包括本地SQLite数据库、本地文件系统、网络监测器和本地控制程序四个部分，本地控制程序响应网络监测器的结果，根据用户状态是否在线来判断本地SQLite数据库、本地文件系统是否需要进行交互，如果离线，则将用户的更新进行本地保存，待网络恢复时连接服务器，上传保存的文件和数据库的数据进行更新；Web应用框架桌面应用类似，除了本地SQLite数据库、本地文件系统、网络监测器之外，还有一个资源管理器和同步引擎，这是由Web程序本身的特性决定的，由于Web程序的资源均在服务器上，如果网络断开，那么网络的连接资源需要下载到本地，并且由本地资源模块进行管理，而同步引擎也和本地资源模块进行交互，获得信息，和服务器的修改时间进行比对，将最新修改数据上传到服务器。

虚拟实验离线应用需要一个本地客户端直接对本地数据库进行操作，基于这种情况，我们采用了Google Gears框架来开发，GoogleGears运用了在本地的SQLite数据库，能够轻松实现在本地对信息的存取。本文介绍的离线应用，基于Google Gears框架。

离线应用在我们虚拟实验系统中，是非常有必要的，对于虚拟实验来说，最重要的体验就是实验操作过程的完整性，这和实验本身设计过程的严密性是同等重要的，网络是一个不可测的平台，时常会有不稳定和拥挤的可能，而做实验则需要一个稳定的环境，所以，离线应用成为了让我们的系统能够更稳定运行的必要条件。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种虚拟实验平台离线应用交互系统，该系统是让用户在虚拟实验平台上进行实验时，如果遇到短暂的网络断开或者网络不稳定的情况，仍然能够正常运行，显示正确的实验结果，给用户良好的体验。

本发明提供的一种虚拟实验平台离线应用交互系统，其特征在于，该系统包括设置在客户端的离线应用插件和数据交换层插件，设置在服务器端的离线应用缓存，设置在本地端的SQLite本地资源数据库和离线应用插件接口，离线应用插件接口包括本地资源访问接口和资源下载接口；

数据交换层插件用于负责客户端实验插件和服务器端的数据进行交互，向实验插件发送实验场景数据、实验期间数据和实验结果数据；接收实验插件发送的实验场景数据和实验操作数据，通过网络将实验数据发给仿真计算控制模块，并且获取仿真计算控制模块产生的实验结果数据，并且通过资源下载接口将数据存储在SQLite本地资源数据库；当网络断开时，数据交换层插件将获得离线计时器的计时数据，此时，数据交换层插件通过本地资源访问接口从SQLite本地资源数据库获得实验结果数据；当网络恢复后，将从离线应用缓存获取最新的实验结果数据；

离线应用插件包括网络状态监视器和离线计时器，其中，网络状态监视器负责监控网络状态，并将网络实时状态告知离线计时器；离线计时器在网络断开时启动，并将计时数据告诉数据交换层插件；此时，离线应用插件和数据交换层插件交互，并将网络断开时的新数据发送给数据交换层；SQLite本地资源数据库提供实验数据给本地资源访问接口和从资源下载接口获取实验数据；

本地资源访问接口从SQLite本地资源数据库获取实验数据，将其发送给数据交换层插件；

资源下载接口从数据交换层插件下载实验数据并且将其发送给SQLite本地资源数据库；

离线应用缓存在网络断开时获取仿真计算控制模块计算的实验结果数据，在网络恢复时，服务器端离线应用缓存和数据交换层插件进行交互，将实验结果数据发送给数据交换层插件；

仿真计算控制模块在网络断开后随即提供实验结果数据给离线应用缓存。

本发明针对的是在网络短时间断开和网络抖动的情况，当这种情况超过离线计时器的初值时，系统提示用户网络断开，告知用户选择可选操作，如保存实验、退出实验等。本发明可以让用户在虚拟实验平台上进行实验时，如果遇到短暂的网络断开或者网络不稳定的情况，仍然能够正常运行，显示正确的实验结果，让用户能够更加稳定和通顺地进行实验。

附图说明

图1是虚拟实验平台总体框架图。

图2是虚拟实验平台离线应用的总体流程图。

图3是虚拟实验平台网络连通时客户端离线应用插件和数据交换层交互流程图。

图4是虚拟实验平台网络断开时本地端离线应用插件和数据交换层交互的流程图。

图5是虚拟实验平台网络连通时本地端离线应用插件将新数据发送给数据交换层的流程图。

图6是虚拟实验平台网络恢复后数据交换层和服务器端离线应用缓存进行交互的流程图。

具体实施方式

下面就附图以及实例对整个虚拟实验平台离线应用交互系统做进一步的分析。

离线应用在虚拟实验平台上分别属于三个部分，分别是客户端、本地端和服务器。

客户端包括实验插件1、离线应用插件2和数据交换层插件3；本地端包括SQLite本地资源数据库4，本地资源访问接口5，资源下载接口6；服务器端包括离线应用缓存7，仿真计算控制模块8。这里的客户端指的是浏览器

其中，设置在客户端的离线应用插件2和数据交换层插件3，设置在服务器端的离线应用缓存7，设置在本地端的SQLite本地资源数据库4和离线应用插件接口(包括本地资源访问接口5和资源下载接口6)。

下面就系统的各部分的交互关系如下。

实验插件1只和数据交换层插件3交互，向数据交换层插件3发送实验场景数据和实验操作数据，从数据交换层插件3获取实验场景数据、实验期间数据和实验结果数据。

数据交换层插件3是客户端的一个插件，负责客户端实验插件和服务器端的数据进行交互，在这里，客户端离线应用插件和数据交换层在一个层，所以，它们之间的数据交互通过函数调用的方法来实现。

实验器件数据指的是每一个在场景中的器件，它们都有一个自己的信息，这些信息以XML的形式存在，器件的每一项信息都是一个标签，用XML表示的好处是因为它具有跨平台、可移植性强等特点；实验场景数据指的是在实验面板上搭建的场景的信息，它除了包含实验器件信息之外，还包含了器件间的连接等关系；实验结果数据指的是在实验运行过程中从服务器返回的数据，实验插件1将获得的实验结果数据进行解析和显示。

离线应用插件2包括网络状态监视器21和离线计时器22，其中，网络状态监视器21负责监控网络状态，并将网络实时状态告知离线计时器22；离线计时器22在网络断开时启动，并将计时数据告诉数据交换层插件3，此时，离线应用插件2和数据交换层插件3交互，并将网络断开时的新数据发送给数据交换层。数据交换层插件3获取实验插件1发送的实验数据，通过网络将实验数据发给仿真计算控制模块8，并且获取仿真计算控制模块8产生的实验结果数据，并且通过资源下载接口6将数据存储在SQLite本地资源数据库4；当网络断开时，数据交换层插件3将获得离线计时器22的计时数据，此时，本地端离线应用插件(即离线应用本地端总称)和数据交换层3交互。交互过程为，数据交换层插件3通过本地资源访问接口5从SQLite本地资源数据库4获得实验结果数据；当网络恢复后，将从离线应用缓存7获取最新的实验结果数据。

SQLite本地资源数据库4提供实验数据给本地资源访问接口5和从资源下载接口6获取实验数据。

本地资源访问接口5从SQLite本地资源数据库4获取实验数据，将其发送给数据交换层插件3。

资源下载接口6从数据交换层插件3下载实验数据并且将其发送给SQLite本地资源数据库4。

离线应用缓存7在网络断开时获取仿真计算控制模块8计算的实验结果数据，在网络恢复时，服务器端离线应用缓存7和数据交换层插件3进行交互，将实验结果数据发送给数据交换层插件。

仿真计算控制模块8在网络断开后随即提供实验结果数据给离线应用缓存7。

整个离线应用的运行流程如下：

(1)实验初始化时，客户端离线应用插件从客户端数据交换层获取实验器件信息和实验场景信息；

(2)本地端离线应用插件将实验场景和实验器件信息保存在本地数据库中。

本地端离线应用插件包括本地资源访问接口、资源下载接口和本地数据库，本地数据库选择的是SQLite数据库。

为了使本地端离线应用插件和客户端离线应用插件之间要互相通信，该方法使用了开源的浏览器扩展Google Gears的API，该插件提供了一系列能够将网络资源下载到本地并且保存的接口。

本地端离线应用插件通过资源下载接口将实验器件信息和实验场景信息保存在本地数据库。

(3)如果用户产生开始实验操作，则转至步骤(4)，如果没有，则转至步骤(3)。

(4)离线应用监测网络状态，如果网络状态良好，则转至步骤(5)，如果网络状态不好，则转至步骤(9)。

监测网络状态是由客户端离线应用插件中的一部分，它是在网络状态监视器模块中，在启动离线应用之后，该模块也随即启动，并且在整个实验过程中，一直处于监听状态，让实时反馈网络状态。

对于网络状态的定义，即网络在一个足够小的时间阈值(通常设定为5-15s)内，是连通的，那么定义为网络状态良好，如果在一个足够小的时间阈值内，是断开的，那么定义为网络状态不好。

(5)如果有新的实验数据产生，则转至步骤(6)，如果没有新数据，则转至步骤(8)。

网络断开时本地产生的新数据的定义分为两个部分，一、如果用户在网络断开时进行实验保存等存储实验信息的操作，此时存储的数据即为新数据，通常是实验场景数据；二、如果服务器端离线应用缓存产生了新的数据，即网络在之前处于断开状态，通常是实验结果数据。

(6)本地端离线应用插件将网络断开时的新数据发送给数据交换层。

这里新数据的定义是，如果在网络断开的时候，用户进行了保存实验场景等将数据保存在本地的操作，那么此时保存在本地的数据叫做新数据。具体发送过程如下。流程图如图5所示。

(6.1)检查本地数据更新状态变量。

(6.2)如果变量值为true，则转至步骤(6.3)，如果为false，则结束该过程。

(6.3)本地端资源访问接口将数据取出发送给数据交换层。

(7)数据交换层和服务器端离线应用缓存进行交互。转至步骤(10)。

这个步骤是发生在网络断开后再恢复的情况下，此时，服务器计算出的实验结果数据均保存在服务器端离线应用缓存中，所以，当网络恢复后，数据交换层需要和服务器端离线应用缓存进行交互，获取最新的实验结果数据。如图6所示，具体过程如下：

(7.1)如果记录离线应用缓存数量的变量大于0，那么转至步骤(7.2)，否则结束该过程。

以上的变量的定义为离线应用缓存已经存储实验数据的数量。

(7.2)服务器端离线应用缓存取出待发送的实验数据。

(7.3)服务器发送该数据到数据交换层。

(7.4)数据交换层接收实验数据并进行处理。

(7.5)记录服务器端离线应用缓存数量的变量进行减一操作。转至步骤(7.1)。

(8)客户端离线应用插件和数据交换层交互。转至步骤(10)。

这里的交互的内容是从服务器传回来的实验的中间结果数据，它也是以XML的形式进行传输，实验收到这个数据，则会进行XML解析和实验中间结果的显示。

客户端离线应用插件和数据交换层交互的具体过程如下。流程图如图3所示。

(8.1)数据交换层获得实验过程中的中间结果数据。

(8.2)客户端离线应用插件从数据交换层获取数据。

(8.3)如果用户产生新的实验操作，则转至步骤(8.4)，如果没有，则转至步骤(8.6)。

这里的新的实验操作主要指的是保存实验场景、恢复实验场景、停止实验等，依照具体实验而定。

(8.4)数据交换层将产生的数据进行发送。

产生的数据为进行新的实验操作之后的数据。

(8.5)数据交换层等待新的数据返回。转至步骤(8.1)。

新的数据为服务器计算产生的新的数据。

(8.6)本地端离线应用插件将数据进行保存。

进行实验中间结果数据保存的工作依然是由本地的资源下载接口获取，并且保存在SQLite本地资源数据库。

(9)本地端离线应用插件和数据交换层交互。

本地端离线应用插件和数据交换层交互的具体过程如下。流程图如图4所示。

(9.1)客户端离线应用插件启动离线计时器。

该计时器是在网络断开时由客户端离线应用插件启动的，离线计时器初始值的大小根据不同的实验来确定。

根据实验结果的返回的速度，实验的类型分为操作型实验、观测型实验两类。操作型实验是指用户搭建该实验场景来解决其在该门课程中遇到的问题或者需要验证的实验结果；观测型实验是指用户加载已经搭建好的实验场景来实现对一些实验现象的观察和实验器件的认知等；操作型实验的离线计时器初始值一般设定为15s-60s，观测型实验的离线计时器一般设定为60-180s。

(9.2)通知本地端离线应用插件网络状况。

这里的通知网络状况的过程即启动本地端SQLite数据库，并且将要进行数据获取的过程。

(9.3)数据交换层获取本地端离线应用插件的实验数据。

本地端离线应用插件的本地资源访问接口从SQLite本地资源数据库中获取实验需要的结果数据，这里的结果数据指的是在数据库中保存的之前网络状态良好时的结果数据，对实验显示进行模拟，主要目的是让用户感觉到实验还在继续运行。

这里我们运用了用户对于实验结果比实验过程更加关心的原则，即能将实验最后正确的结果返回并保存。

如果遇到对实验过程显示的现象要求严格的实验，我们会利用网络断开的时间，提示用户，由于网络问题，现在的数据为陈旧数据，过一个时间阈值将会进行更新，并且在网络连通好了之后，会将所有的实验数据进行保存，并自动进行实验现象的重新回放。

(9.4)如果用户产生保存实验场景数据操作，则转至步骤(9.5)，如果没有，则转至步骤(9.6)。

(9.5)本地端离线应用插件将实验场景进行保存。

这里同样是+对实验场景进行保存同样是在本地的SQLite数据库中。

(9.6)如果用户产生恢复实验场景数据操作，则转至步骤(9.3)，如果没有，则转至步骤(9.7)。

(9.7)如果离线计时器超过规定时长，则转至步骤(9.8)，如果没有，则转至步骤(9.3)。

离线计时器超过规定时长的定义是，客户端离线应用插件中的离线计时器有一个初始值，随着网络断开，初始值逐渐递减，当值减为0时，即定义为超过计时器规定时长。

(9.8)通知用户网络断开。

这个通知为客户端离线应用插件发出的，直接在实验上进行显示，提示用户网络断开。

(10)如果用户产生结束实验的操作，那么结束实验，整个离线应用运行结束，如果没有，则转至步骤(4)。

本领域技术人员应该理解，以上所述仅为本发明的一个实例，并非用于声明本发明的保护范围，凡在本发明的原则之内做的任何修改、改进、等同替换等，均在本发明的保护之内。

Claims (6)

1.一种虚拟实验平台离线应用交互系统，离线应用基于Google Gears框架，其特征在于，该系统包括设置在客户端的离线应用插件（2）和数据交换层插件（3），设置在服务器端的离线应用缓存（7），设置在本地端的本地端离线应用插件，包括SQLite本地资源数据库（4）和离线应用插件接口，离线应用插件接口包括本地资源访问接口（5）和资源下载接口（6）；

数据交换层插件（3）用于负责客户端实验插件和服务器端的数据进行交互，向实验插件（1）发送实验场景数据、实验期间数据和实验结果数据；接收实验插件（1）发送的实验场景数据和实验操作数据，通过网络将实验数据发给仿真计算控制模块（8），并且获取仿真计算控制模块（8）产生的实验结果数据，并且通过资源下载接口（6）将数据存储在SQLite本地资源数据库（4）；当网络断开时，数据交换层插件（3）将获得离线计时器（22）的计时数据，此时，数据交换层插件（3）通过本地资源访问接口（5）从SQLite本地资源数据库（4）获得实验结果数据；当网络恢复后，将从离线应用缓存（7）获取最新的实验结果数据；

离线应用插件（2）包括网络状态监视器（21）和离线计时器（22），其中，网络状态监视器（21）负责监控网络状态，在启动离线应用之后，也随即启动，并且在整个实验过程中，一直处于监听状态，并将网络实时状态告知离线计时器（22）；离线计时器（22）在网络断开时由客户端离线应用插件启动，并将计时数据告诉数据交换层插件（3）；此时，离线应用插件（2）和数据交换层插件（3）交互，并将网络断开时的新数据发送给数据交换层；SQLite本地资源数据库（4）提供实验数据给本地资源访问接口（5）和从资源下载接口（6）获取实验数据；

本地资源访问接口（5）从SQLite本地资源数据库（4）获取实验数据，将其发送给数据交换层插件（3）；

资源下载接口（6）从数据交换层插件（3）下载实验数据并且将其发送给SQLite本地资源数据库（4）；

离线应用缓存（7）在网络断开时获取仿真计算控制模块（8）计算的实验结果数据，在网络恢复时,服务器端离线应用缓存（7）和数据交换层插件（3）进行交互，将实验结果数据发送给数据交换层插件；

仿真计算控制模块（8）在网络断开后随即提供实验结果数据给离线应用缓存（7）

该系统能够让用户在虚拟实验平台上进行实验时，如果遇到短暂的网络断开或者网络不稳定的情况，仍然能够正常运行，显示正确的实验结果。

2.根据权利要求1所述的虚拟实验平台离线应用交互系统，其特征在于，本地端离线应用插件按下述过程将网络断开时的新数据发送给数据交换层：

(a1)检查本地数据更新状态变量；

(a2)如果变量值为true，则转至步骤(a3)，如果为false，则结束该过程；

(a3)本地端资源访问接口将数据取出发送给数据交换层。

3.根据权利要求1所述的虚拟实验平台离线应用交互系统，其特征在于，在网络恢复时，服务器端离线应用缓存和数据交换层进行交互的过程如下：

(b1)如果记录离线应用缓存数量的变量大于0，那么转至步骤(b2)，否则结束该过程；

(b2)服务器端离线应用缓存取出待发送的实验数据；

(b3)服务器发送该数据到数据交换层；

(b4)数据交换层接收实验数据并调用实验插件的相关接口进行实验数据的显示和其余操作的处理；

(b5)记录服务器端离线应用缓存数量的变量进行减一操作，然后转至步骤(b1)。

4.根据权利要求1所述的虚拟实验平台离线应用交互系统，其特征在于，离线应用插件和数据交换层交互的具体过程如下：

(c1)数据交换层获得实验过程中的中间结果数据；

(c2)离线应用插件从数据交换层获取数据；

(c3)如果用户产生新的实验操作，则转至步骤(c4)，如果没有，则转至步骤(c6)；

(c4)数据交换层将产生的数据进行发送；

(c5)数据交换层等待新的数据返回，然后转至步骤(c1)；

(c6)本地端离线应用插件将数据进行保存。

5.根据权利要求1所述的虚拟实验平台离线应用交互系统，其特征在于，本地端离线应用插件和数据交换层交互的过程为：

(d1)客户端离线应用插件启动计时器；

(d2)通知本地端离线应用插件网络状况；

(d3)数据交换层获取本地端离线应用插件的实验数据；

(d4)如果用户产生保存实验场景数据操作，则转至步骤(d5)，如果没有，则转至步骤(d6)；

(d5)本地端离线应用插件将实验场景进行保存；

(d6)如果用户产生恢复实验场景数据操作，则转至步骤(d3)，如果没有，则转至步骤(d7)；

(d7)如果离线计时器超过规定时长，则转至步骤(d8)，否则转至步骤(d3)；

(d8)通知用户网络断开。

6.根据权利要求1所述的虚拟实验平台离线应用交互系统，其特征在于，离线应用插件（2）和数据交换层插件（3）交互的过程为：数据交换层插件（3）通过本地资源访问接口（5）从SQLite本地资源数据库（4）获得实验结果数据；当网络恢复后，将从离线应用缓存（7）获取最新的实验结果数据。

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